KR101175221B1 - 차열용 다층 시트재 - Google Patents

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Abstract

차열용 다층 시트재가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재는 서로 겹쳐진 적어도 2장 이상의 박판 시트가 폭 방향을 따라 상하로 상면과 하면을 순차적으로 형성하며 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형되고, 상기 절곡단면의 각 상면부와 하면부에는 상기 박판 시트 사이에 길이방향을 따라 내측으로 차열 공간부가 형성되며, 상기 각 상면부와 하면부를 연결하는 각 측면부에는 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈이 형성되어 성형성과 내구성을 향상시키고, 주행 초기에 배기계의 차열 성능을 보완하여 준다.

Description

차열용 다층 시트재{MULTILAYER SHEET MATERIAL FOR A HEAT PROTECTOR}
본 발명은 차열용 다층 시트재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상호 겹쳐진 2장의 박판 시트를 일정한 절곡단면으로 성형하여 성형성과 내구성을 향상시키고, 차열 성능을 보완할 수 있도록 하는 차열용 다층 시트재에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진은 연소실 내에서 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 장치로서, 이러한 엔진은 연료의 연소에 의한 고온의 배기가스를 배출한다.
상기 연소실에서 배출되는 배기가스의 온도는 연료분사방식이나 연소방식 또는 사용되는 연료(디젤유, 가솔린유, LPG 등)에 따라 차이는 있으나 약 800℃ ~ 1000℃에 이르는 고온이다.
이러한 배기가스는 엔진의 연소실로부터 배출되어 배기 매니폴드를 통해 한 곳으로 모인 다음, 배기관을 통해 촉매(또는 3원 촉매), 소음기 등을 거쳐 대기중으로 배출된다.
한편, 상기 엔진과 함께, 고온의 배기가스가 배출되는 배기 매니폴드 및 배기관, 촉매 등의 배기계에는 금속 박판의 시트재를 이용하여 제작되는 히트 프로텍터(heat protector)가 적용된다.
즉, 상기한 히트 프로텍터는 기본적으로 고온의 배기가스 방사열에 의해 공간이 협소한 엔진룸이나 배기계 주변에 설치되는 각종 센서류나 전장부품이 손상되는 것을 방지하기 위한 차열 기능과 함께, 배기계의 온도가 일정온도 이상에서는 원활한 방열을 통하여 배기계의 이상 고온에 의한 손상을 방지하는 방열 기능을 갖는다
상기한 차열 기능의 다른 관점으로, 상기 히트 프로텍터는 촉매의 활성화 온도 도달시간을 단축시키는 기능을 갖는다.
통상, 촉매(3원 촉매)의 90% 이상 활성화 온도는 약 600℃ 정도이나, 차량의 주행 초기에는 배기가스가 연소실로부터 배기계를 통하여 촉매에 도달하기까지 주행풍에 의해 상당한 열량이 방열되어 촉매가 활성화되는 온도까지 도달하는데 많은 시간이 걸린다.
이에, 상기 히트 프로텍터는 고온의 배기가스가 연속실로부터 촉매까지 이동하는 동안, 주행풍에 의해 방열되는 것을 최대한 차단하여 배기계를 통과하는 배기가스의 온도를 높게 유지시켜 준다.
그러면, 상기 배기가스는 단위용적당 밀도를 낮게 유지하여 배기계를 통과하는 배출속도가 빨라지며, 이로 인해 단위시간당 촉매를 통과하는 배기가스의 용량이 커지게 되어 촉매가 활성화 온도까지 도달하는 시간을 당기게 된다.
도 1은 일반적인 히트 프로텍터가 적용되는 배기 매니폴드부의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 일 예에 의한 히트 프로텍터(1)는 배기 매니폴드(3)의 상부에 3개의 브라켓(5)을 통하여 조립되어 배기 매니폴드(3)를 통하여 방사되는 배기가스의 방사열을 차단 및 방열시켜 준다.
이와 같이, 종래 기술에 따른 히트 프로텍터는 박판의 스틸소재로 이루어진 시트재를 배기 매니폴드의 외형을 따라 프레스 성형하여 제작하였으나, 최근에는 열전도율이 큰 박판의 알루미늄 시트재를 프레스 성형하여 제작하는 추세이다.
상기한 알루미늄 시트재는 가볍고, 성형성이 좋으며, 배기가스의 방사열에 의해 가열된 후에도 빨리 식어서 작업 안전성 측면에서 유리하나, 성형 후, 외력에 의해 쉽게 변형되거나 찢어지는 등, 내구성 측면에서 불리한 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 최근에는 2장 이상의 알루미늄 시트재(즉, 다층의 알루미늄 시트재)를 겹쳐서 성형하여 내구성을 향상시킴과 동시에, 엠보싱(embossing), 요철, 파형 등의 여러 가지 굴곡형상을 추가하여 대기와의 접촉 단면적을 넓힘으로써 방열성도 보완하여 제작되고 있다.
그러나 상기한 종래의 다층의 알루미늄 시트재는 단순한 엠보싱이나 요철, 파형 등의 굴곡 형상에도 불구하고, 프레스 성형 시 서로 쉽게 분리되어 성형성이 나쁘다는 단점이 있다.
또한, 종래의 다층의 알루미늄 시트재는 박판으로 형성됨에 따라 배기계의 온도가 일정온도 이상일 경우에는 배기계의 방열성에 문제가 없으나, 차량의 주행 초기와 같이, 배기가스의 열효율을 높여야 하는 촉매의 활성화 온도 이하에서는 배기계의 차열 성능에 한계가 있다.
즉, 차량의 주행 초기와 같이, 촉매의 활성화 온도 도달 전까지는 배기계를 통과하는 배기가스의 온도를 높게 유지해 주어야 하나, 열전도성이 큰 박판의 알루미늄 시트재가 갖는 우수한 방열 성능으로 인해 오히려 촉매의 활성화 온도 도달시간을 늦추도록 작용하는 단점이 있다.
본 발명의 실시 예는 상호 겹쳐진 2장의 박판 시트를 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형하고, 각 측면부에는 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈을 형성하여 상호간의 결합성을 유지할 수 있도록 하여 성형성 및 내구성을 향상시키는 차열용 다층 시트재를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 상호 겹쳐진 2장의 박판 시트를 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형 시, 박판 시트 사이에 상하로 차열 공간부를 미리 형성하여 차량의 주행 초기에도 차열 성능을 향상시키는 차열용 다층 시트재를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차열용 다층 시트재에 있어서, 서로 겹쳐진 적어도 2장 이상의 박판 시트가 폭 방향을 따라 상하로 상면과 하면을 순차적으로 형성하며 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형되고, 상기 절곡단면의 각 상면부와 하면부에는 상기 박판 시트 사이에 길이방향을 따라 내측으로 차열 공간부가 형성되며, 상기 각 상면부와 하면부를 연결하는 각 측면부에는 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재를 제공할 수 있다.
또한, 상기 박판 시트는 알루미늄 소재의 상부 시트와 하부 시트로 구성되어 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 정역 사다리꼴 모양은 등각 사다리꼴 모양일 수 있다.
또한, 상기 절곡단면은 상기 각 상면부와 하면부의 폭은 동일하고, 상기 각 상면부와 하면부를 연결하는 각 측면부의 길이는 상기 각 상면부와 하면부의 폭 보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 차열 공간부는 상기 상면부에서는 2장의 박판 시트 중, 상측 박판 시트에 대하여 하측 박판 시트가 내측으로 절곡 성형되어 형성되고, 상기 하면부에서는 2장의 박판 시트 중, 상기 하측 박판 시트에 대하여 상기 상측 박판 시트가 내측으로 절곡 성형되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 차열 공간부는 반원형상의 공간으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 차열 공간부는 일정 폭을 갖는 접시모양의 공간으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 상부 시트와 하부 시트로 이루어지는 2장의 알루미늄 박판을 상호 겹친 상태로, 폭 방향을 따라 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형됨과 동시에, 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈이 형성됨으로써, 상부 시트와 하부 시트가 폭 방향, 길이방향 및 상하방향의 6방향에 대하여 상호 규제된 상태로 결합성이 유지됨에 따라 성형 시에도 쉽게 분리되지 않아 성형성이 향상된다.
또한, 상기 상부 시트와 하부 시트는 절곡단면의 각 상면부와 하면부에 형성되는 차열 공간부 형성을 위한 굴곡 구조와, 각 측면부에 형성되는 이탈 방지홈의 구조적 특징으로 성형 전후에도 그 형태를 견고하게 유지하여 내구성이 향상된다.
또한, 상기 상부 시트와 하부 시트는 절곡단면의 상면부와 하면부에 미리 성형되는 차열 공간부에 의해 배기가스의 방사열을 일정시간 가두어둘 수 있어 차량의 주행 초기와 같이, 촉매의 활성화 온도 도달 전까지는 배기계를 통과하는 배기가스의 온도를 높게 유지해 주어 촉매의 활성화 온도 도달시간을 당겨주도록 작용하는 효과가 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재는 열전도성이 큰 알루미늄 박판으로 이루어져 차량의 주행 중, 배기계의 온도가 일정온도 이상일 경우에 배기계의 방열 성능을 충분히 확보하며, 차량의 주행 초기와 같이, 배기가스의 열효율을 높여야 하는 촉매의 활성화 온도 이하에서는 차열 공간부의 기능으로 인해 배기계의 차열 성능을 향상시켜 준다.
도 1은 일반적인 히트 프로텍터가 적용되는 배기 매니폴드부의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 프레스 성형 후의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 부분 사시도이다.
도 6은 도 8의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 프레스 성형 후의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 설명의 편의상 도 2와 도 8의 좌측 전방에서 우측 후방을 향하는 방향을 길이방향, 좌측 후방에서 우측 전방을 향하는 방향을 폭 방향이라 정의하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 부분 사시도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 엔진의 발열부 일측, 또는 배기 매니폴드(3), 촉매 등의 배기계 외형을 따라 프레스 성형을 통하여 히트 프로텍터로 제작하기 위한 소재로 적용된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 상부 시트(11)와 하부 시트(13)로 이루어지는 2장의 박판 시트를 서로 겹친 상태로, 폭 방향을 따라 상하로 상면부(F1)와 하면부(F2)를 순차적으로 형성하면서 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형된다.
이러한 상부 시트(11)와 하부 시트(13)의 절곡단면 구조는 다단의 롤 포밍 공정을 통하여 길이방향을 따라 일정한 패턴으로 성형될 수 있다.
여기서, 상기 상부 시트(11)와 하부 시트(13)는 열전도성이 큰 박판의 알루미늄 시트로 이루어질 수 있으며, 구체적인 재질로는 순도 99% 알루미늄인 A1050-0 소재의 알류미늄 박판이 적용될 수 있다.
또한, 상기한 상부 시트(11)와 하부 시트(13)는 대략 0.3mm 이내의 두께를 갖는 알루미늄 박판으로, 본 발명의 일 실시 예에서는 도 3에서 도시한 바와 같이, 상부 시트(11)의 두께(t1)가 0.3mm이고, 하부 시트(13)의 두께(t2)가 0.125mm인 서로 두께가 다른 알루미늄 박판을 적용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 성형성을 고려하여 상부 시트(11)와 하부 시트(13)를 0.2mm로 하여 서로 동일한 두께를 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에서는 상부 시트(11)와 하부 시트(13)로 이루어지는 2장의 알루미늄 박판을 겹쳐서 형성되는 예를 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 두께를 더 얇게 하여 3장의 알루미늄 박판을 적용할 수 있다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 각각의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 정역 사다리꼴 모양이 등각 사다리꼴 모양으로 적용되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 사다리꼴의 모양을 비대칭을 이루어 형성할 수도 있다.
또한, 상기 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면은 상기 각 상면부(F1)와 하면부(F2)의 폭(W)은 동일하고, 상기 각 상면부(F1)와 하면부(F2)를 연결하는 각 측면부(F3)의 길이(L)는 상기 각 상면부(F1)와 하면부(F2)의 폭(W) 보다 짧게 하여 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 성형성이 확보되는 정도에서 필요에 따라 길게 형성할 수 있다.
그리고 상기 상부 시트(11)와 하부 시트(13) 사이에는 절곡단면의 각 상면부(F1)와 하면부(F2)에 길이방향을 따라 내측으로 차열 공간부(S)가 형성된다.
즉, 상기 차열 공간부(S)는 상면부(F1)에서는 상부 시트(11)에 대하여 하부 시트(13)가 내측으로 절곡 성형되어 형성되고, 하면부(F2)에서는 하부 시트(13)에 대하여 상부 시트(11)가 내측으로 절곡 성형되어 형성된다.
이러한 상기 차열 공간부(S)는 반원형상의 공간으로 형성된다.
그리고 서로 겹쳐진 상부 시트(11)와 하부 시트(13)의 각 상면부(F1)와 하면부(F2)를 연결하는 각 측면부(F3)에는 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈(15)이 형성된다.
이러한 이탈 방지홈(15)은 폭 방향을 따라 반원형상의 곡선홈으로 형성될 수 있으며, 반드시 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.
따라서 상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 프레스 공정에서 배기계 각 구성품의 외형 형상을 따라 압착 성형되어 히트 프로텍터(1)로 제작된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 프레스 성형 후의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 프레스 성형에 의해 연속되는 정역 사다리꼴 형상의 절곡단면이 압착되면서 각 상면부(F1)와 하면부(F2)를 연결하는 각 측면부(F3)가 일정패턴으로 변형되면서 히트 프로텍터로 제작된다.
이때, 상기 상부 시트(11)와 하부 시트(13)의 각 상면부(F1)와 하면부(F2)에 형성되는 차열 공간부(S)는 다소의 변형이 수반되나, 배기가스의 방사열을 일정시간 가두어두는 기능은 유지한다.
이러한 차열 공간부(S)는 차량의 주행 초기와 같이, 촉매의 활성화 온도 도달 전까지는 배기계를 통과하는 배기가스의 온도를 높게 유지해 주어 촉매의 활성화 온도 도달시간을 당겨주도록 작용하게 된다.
이로써, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 열전도성이 큰 알루미늄 박판으로 이루어져 차량의 주행 중, 배기계의 온도가 일정온도 이상일 경우에는 배기계의 방열 성능을 높여주고, 차량의 주행 초기와 같이, 배기가스의 열효율을 높여야 하는 촉매의 활성화 온도 이하에서는 차열 공간부(S)의 기능으로 인해 배기계의 차열 성능을 향상시켜 주게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 상부 시트(11)와 하부 시트(13)로 이루어지는 2장의 알루미늄 박판을 상호 겹친 상태로, 폭 방향을 따라 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형됨과 동시에, 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈(15)이 형성됨으로써, 상부 시트(11)와 하부 시트(13)가 폭 방향, 길이방향 및 상하방향의 6방향에 대하여 상호 규제된 상태로 결합성이 유지되어 프레스 성형 시에도 쉽게 분리되지 않으며 성형성이 향상된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 상부 시트(11)와 하부 시트(13)의 절곡단면의 각 상면부(F1)와 하면부(F2)에 형성되는 차열 공간부(S)와, 각 측면부(F3)에 형성되는 이탈 방지홈(15)의 구조적 특징으로 성형 전후에도 형태를 유지하기 위한 견고성 및 내구성을 갖는다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 다른 차열용 다층 시트재의 구성을 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 부분 사시도이고, 도 6은 도5의 B-B 선에 따른 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재의 프레스 성형 후의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 상기한 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)와 동일한 패턴의 절곡단면으로 다단의 롤 포밍 공정을 통하여 성형된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 상기한 일 실시 예와 극히 유사한 구조적 특징을 갖는 바, 그 차이점에 대해서만 설명한다.
즉, 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)는 상기 각 상면부(F1)와 하면부(F2)에 형성되는 차열 공간부(S)가 폭 방향으로 일정 폭을 갖는 접시모양의 공간으로 형성되는 점이 상기한 일 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)와 다른 차이점이다.
이외에는 본 발명의 일 실시 예와 다른 실시 예에 따른 차열용 다층 시트재(10)의 구성, 작용 등이 동일하며, 그 효과도 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 히트 프로텍터
3: 배기 매니폴드
5: 브라켓
10: 차열용 다층 시트재
11: 상부 시트
13: 하부 시트
15: 이탈 방지홈
F1: 상면부
F2: 하면부
F3: 측면부
S: 차열 공간부

Claims (10)

  1. 차열용 다층 시트재에 있어서,
    서로 겹쳐진 적어도 2장 이상의 박판 시트가 폭 방향을 따라 상하로 상면과 하면을 순차적으로 형성하며 연속된 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형되고, 상기 절곡단면의 각 상면부와 하면부에는 상기 박판 시트 사이에 길이방향을 따라 내측으로 차열 공간부를 형성하되, 상기 상면부에는 2장의 박판 시트 중, 상측 박판 시트에 대하여 하측 박판 시트가 내측으로 절곡 성형되어 차열 공간부를 형성하고, 상기 하면부에는 2장의 박판 시트 중, 상기 하측 박판 시트에 대하여 상기 상측 박판 시트가 내측으로 절곡 성형되어 차열 공간부를 형성하며, 상기 각 상면부와 하면부를 연결하는 각 측면부에는 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박판 시트는
    알루미늄 소재의 상부 시트와 하부 시트로 구성되어 서로 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정역 사다리꼴 모양은
    등각 사다리꼴 모양인 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 절곡단면은
    상기 각 상면부와 하면부의 폭은 동일하고, 상기 각 상면부와 하면부를 연결하는 각 측면부의 길이는 상기 각 상면부와 하면부의 폭 보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차열 공간부는
    반원형상의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차열 공간부는
    일정 폭을 갖는 접시모양의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  8. 차열용 다층 시트재에 있어서,
    서로 겹쳐진 박판의 알루미늄 시트로 이루어지는 상부 시트 및 하부 시트가 폭 방향을 따라 상하로 상면과 하면을 순차적으로 형성하며 연속된 등각 정역 사다리꼴 모양의 절곡단면으로 성형되고, 상기 절곡단면의 각 상면부와 하면부에는 상기 상부 시트와 하부 시트 사이에 길이방향을 따라 내측으로 차열 공간부를 형성하되, 상기 상면부에는 상기 상부 시트에 대하여 상기 하부 시트가 내측으로 절곡 성형되어 차열 공간부를 형성하고, 상기 하면부에는 상기 하부 시트에 대하여 상기 상부 시트가 내측으로 절곡 성형되어 차열 공간부를 형성하며, 상기 각 상면부와 하면부를 연결하는 각 측면부에는 길이방향을 따라 다수의 이탈 방지홈이 일정간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 차열 공간부는
    반원형상의 공간으로 형성되거나 또는 일정 폭을 갖는 접시모양의 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차열용 다층 시트재.
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